1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристика нагрузки электропривода двигателя

4. Типовые статические нагрузки электропривода. Активные и реактивные силы и моменты нагрузки

Механическая характеристика исполнительного механизма – зависимость Мс=f(ω).

Активными силами и моментами называются силы и моменты, создаваемые внешними по отношению к двигателю источниками механической энергии независимо от движения электропривода. Пример – момент, создаваемый весом опускаемого или поднимаемого груза (рисунок 1). Момент сопротивления при этом равен

,

и направлен вниз, независимо от направления вращения вала двигателя. Величина МС не зависит от скорости Рисунок 2.1 перемещения груза.

Реактивными силами и моментами называются силы и моменты сопротивления движению, возникающие как реакция на активный движущий момент, развиваемый двигателем. Реактивные силы и моменты зависят от скорости и подразделяются на силы и моменты сухого трения, вязкого трения и силы, и моменты вентиляторного типа.

Силы и моменты сухого трения (рисунок 2.2) неизменны по модулю, но скачком меняют свой знак при изменении знака скорости: . Они характерны для станочных приводов подачи, вентилей, дросселей и т.д. На рисунке 2.3 изображен нагрузочныймомент вязкого трения, характеризующийся линейной (или близкой к ней) зависимостью величины от скорости —

Зависимость нагрузочного момента от угловой скорости вентилятора, центробежного насоса, центрифуги имеет вид, показанный на рисунке 2.4, называется вентиляторным и описывается формулой , где n = 1,5…2.5.

Механическая характеристика электродвигателя – зависимость М=f(ω). Из курса «Электрические машины» знаем, что механические характеристики ЭД (рисунок 5) могут быть абсолютно жесткими (1- синхронный ЭД), жесткими (3 – двигатель постоянного тока независимого возбуждения и 2 – асинхронный двигатель на рабочем участке) и мягкими (4 — двигатель постоянного тока последовательного возбуждения). Абсолютной жесткостью характеристики называется отношение приращения момента к приращению скорости

.

5. Приведение моментов статической нагрузки к валу двигателя

В системе действуют два момента: момент, развиваемый двигателем МД, и момент статической нагрузки МС, в который входят момент, создаваемый рабочим органом механизма, и моменты трения. Эти моменты характеризуются величиной и направлением действия. Если МД и МС действуют в направлении движения, их называют движущими, если их знаки противоположны знаку скорости, моменты называют тормозящими. В соответствии с принципом Деламбера, совместное действие МД и МС определит величину и знак динамического момента , определяющего ускорение системы. Таким образом, уравнение движения системы в общем случае имеет вид

.

Проведем простейший анализ уравнения (1) для двигательного режима работы ЭП, когда

.

В двигательном режиме работы (рисунок 2.9) ЭД потребляет энергию из электрической сети и передает на вал механическую энергию. В режиме противовключения (рисунок 2.10) ЭД потребляет энергию, накопленную механизмом, и рассеивает в элементах двигателя и добавочных сопротивлениях. В режиме рекуперативного (генераторного) торможения (рисунок 2.5) ЭД потребляет энергию, накопленную механизмом, и передает ее в электрическую сеть.

При Rдоб ≠0 получаем искусственные реостатные электромеханичеcкие характеристики. Увеличение в (2.4, 2.5) RЯΣ приводит к уменьшению величины тока короткого замыкания (IК=UН/RЯΣ) при неизменной скорости холостого хода ω=UН/kФН (рисунок 3.1). При неизменном магнитном потоке Ф=ФН, механические характеристики будут аналогичны эл.механическим.

Магнитный поток машины можно изменять только в сторону уменьшения. При этом скорость холостого хода ω=UН/kФН возрастает при неизменном значении тока короткого замыкания IК=UН/RЯΣ (рисунок 3.2 – электромеханическая характеристика при Ф — var). Момент короткого замыкания МК=kФIК при Ф — var снижается. Механическая характеристика изображена на рисунке 3.3.

Напряжение, подаваемое на якорь машины, можно изменять только в сторону уменьшения от номинального значения. При этом пропорционально напряжению снижаются и скорость холостого хода ω=UН/kФН , и значение тока короткого замыкания IК=UН/RЯΣ (рисунок 3.4 – электромеханическая характеристика при U — var). Момент машины М=kФI при Ф-const пропорционален току якоря и механическая характеристика имеет аналогичный вид.

В соответствии с рассмотренными режимами работы электропривода, следует выделить следующие способы торможения ДПТ НВ:

a) рекуперативное торможение (с отдачей энергии в сеть)

Направление действия электромагнитного момента электрической машины определяется направлением тока якоря ДПТ и магнитного потока (1.1 в лекции №1). В соответствии с 1.1, ток якоря

,

и его знак зависит от соотношения ЭДС якоря и питающего напряжения. При

момент положителен и машина работает в двигательном режиме. При — холостой ход, и примашина работает в генераторном режиме (режим рекуперации мощности в сеть). Для обеспечения рекуперативного торможения необходимо, чтобы частота вращения вала ω была больше скорости холостого хода при данной схеме включения и параметрах питания двигателя. На рисунке 3.5 представлены механические характеристики ДПТ НВ грузоподъемного механизма, работающего в режиме рекуперативного торможения;

б) Электродинамическое торможение

На рисунке 3.6 представлена схема электродинамического торможения ДПТ НВ. Якорь двигателя отключен от сети и замкнут на дополнительное тормозное сопротивление RТ, обмотка возбуждения подключена к источнику питания. При этом ток якоря меняет знак на обратный

.

Взаимодействуя с потоком возбуждения, ток якоря образует момент, направленный против скорости вращения якоря двигателя. Уравнения электромеханической и механической характеристик принимают вид

; .

Механическая характеристика в режиме динамического торможения (рисунок 3.7) проходит через начало координат. По мере снижения скорости тормозной момент уменьшается, и в случаях необходимости повысить его величину при сниженных скоростях прибегают к двух- или даже трехступенчатому торможению, уменьшая ступенями сопротивление якорной цепи двигателя по мере снижения его скорости;

Читать еще:  Бензиновые двигатели митсубиси характеристики

C) торможение противовключением

В режиме противовключения изменяет знак скорость двигателя при сохранении знака момента или знак момента двигателя при сохранении знака скорости. Первый случай имеет место при воздействии активного момента статической нагрузки, превышающего момент короткого замыкания на данной характеристике (рисунки 3.7, 3.8).

В результате изменения знака скорости ЭДС двигателя будет совпадать с приложенным напряжением, и ток в якоре определится, как

.

Этот режим используется в подъемных установках для спуска груза с малыми скоростями («силовой спуск»).

Режим противовключения чаще используется для остановки или изменения направления вращения двигателя путем перемены полярности напряжения, подводимого к якорю (рисунки 3.9, 3.10). При этом ток якоря изменит направление на обратное, изменится соответственно и знак момента двигателя, который будет направлен, до остановки двигателя, в сторону, противоположную скорости:

.

Момент инерции нагрузки и обратная ЭДС шагового двигателя

При выборе шагового двигателя первой характеристикой, на которую обращают внимание, является его выходной крутящий момент. Сразу как следствие возникает вопрос о скорости работы шагового двигателя, так как этот параметр напрямую связан с моментом. Технически подкованные пользователи следующим этапом принимают во внимание момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя, так как инерционность нагрузки влияет и на требуемый момент, и на точность позиционирования (вернее, на поведение двигателя при разгоне и торможении). Совсем немногие специалисты знают о связи момента инерции с вибрацией двигателя и резонансной частотой двигателя, и принимают во внимание этот аспект. Однако, почти никогда пользователи не учитывают, что инерционная нагрузка в некоторых случаях является причиной выхода из строя шаговых приводов и приводит к непредсказуемым последствиям в результате возникновения больших величин ЭДС.

Давайте вспомним, что такое инерционность нагрузки. Момент инерции — это характеристика объекта, которая препятствует изменению его угловой скорости. В случае разгона двигателя инерционность нагрузки создает дополнительный момент сопротивления, который привод должен преодолеть, и ограничивает максимальные значения скорости и ускорения, при которых шаговый двигатель будет работать. В случае замедления и остановки момент инерции мешает торможению нагрузки.

Еще одна важная особенность работы любого электродвигателя — генерирование обратной электро-движущей силы. Вспомним, что по законам электродинамики на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, которая создает крутящий момент. Верно и обратное — при движении проводника в магнитном поле в нем (проводнике) возникает электрический ток (генерируется ЭДС). Таким образом очевидно, что шаговый двигатель может работать и как генератор. Однако, если работа двигателя в качестве генератора не контролируется, это свойство может приводить к негативным последствиям.

При запитанных фазах и корректной коммутации обмоток драйвером движение вала двигателя контролируется блоком управления. В случае внезапного отключения питания фаз двигателя (например, при срабатывании аварийного датчика или обрыве фазы) во время работы на высокой скорости момент инерции нагрузки вызывает дальнейшее вращение ротора. В этот момент вращающийся ротор работает как генератор, продуцируя некоторое значение обратной ЭДС. Чем выше скорость вращения и чем больше индуктивность фаз двигателя, тем выше это значение. В случае, когда инерционность нагрузки велика, а привод работает на больших скоростях, это значение обратной ЭДС может быть сравнимо или превосходить напряжение, подаваемое на двигатель при коммутации фаз. Это явление зачастую приводит к выходу из строя силовой цепи драйвера управления шаговым двигателем и порче оборудования.

Так как из-за недостаточности исходных данных расчет обратной ЭДС обычно не делается, есть общая рекомендация по выбору шагового двигателя ля работы с инерционной нагрузкой: момент инерции нагрузки должен быть сопоставим с моментом инерции ротора двигателя. Рекомендуемые соотношения моментов инерции — 1:1. 1:10. При больших величинах момента инерции могут возникать и проблемы с позиционированием, ухудшаются динамические характеристики системы, возникает опасность выхода системы из строя под воздействием больших величин обратной ЭДС.

Таким образом, мы хотим напомнить, что важнейшим параметром при подборе шагового двигателя является момент инерции нагрузки по нескольким причинам:

  • Момент инерции нагрузки, приведенный к валу шагового двигателя, влияет на положение пиков резонанса на кривой зависимости момента от скорости.
  • Инерционность нагрузки влияет на вибрацию и шум при работе шагового двигателя.
  • Момент инерции нагрузки участвует в создании момента сопротивления при разгоне привода.
  • В случае, если инерционность нагрузки слишком большая, может ухудшиться точность позиционирования в результате пропуска двигателем шагов.
  • При чрезмерно инерционной нагрузке шаговый двигатель не сможет стартовать.
  • Инерционная нагрузка приводит к возникновению обратной ЭДС, которая может вывести из строя блок управления и сопутствующее оборудование.

Подписка

Подпишись на наши новости

Получайте первыми актуальную информацию ООО «Электропривод»

Типовые статические нагрузки электропривода

1. Клинические закономерности дизонтогенеза………………………. …4

1.1. Понятие дизонтогенеза . 4

1.2. Биологический и социальный факторы дизонтогений . 5

1.3. Параметры дизонтогений . 7

1.3.1. Патопсихологические параметры, определяющие характер психического дизонтогенеза . 7

2. Классификация дизонтогенеза. 12

2.1. Психическое недоразвитие . 12

2.2. Задержанное психическое развитие . 17

2.3. Поврежденное психическое развитие . 19

2.4. Дефицитарное психическое развитие . 22

2.4.1. Аномалии развития в связи с недостаточностью зрения и слуха . 22

Читать еще:  Что такое vvi система двигателей

2.4.2. Аномалии развития в связи с недостаточностью двигательной сферы . 25

2.5. Искаженное психическое развитие . 30

2.6. Дисгармоническое психическое развитие . 31

2.6.1. Психопатия . 31

2.6.2. Патологическое формирование личности . 36

Библиографический список . 40

В.Ф. Белых, Н.Ю. Карманова

Редактор С.Ю.Глазунова

Корректор М.А. Исакова

Верстка М.Н.Бргдановой

660049, г. Красноярск, ул. А. Лебедевой, 89.

Редакционно — издательский отдел КГПУ,

Подписано в печать 01.08.06. Формат 60×84 ‘/16.

Усл. печ. л. 3,95. Заказ № 250. Тираж 300 экз.

Отпечатано ИПК КГПУ,

Типовые статические нагрузки электропривода

Электромагнитный момент двигателя является выходной величиной для электрической части системы (см. рис.В.2) и входной для механической, поэтому при рассмотрении процессов в системе он выделен из всех действующих на механическую часть внешних моментов. Все остальные силы и моменты определяют статическую нагрузку электропривода Mс. Во всех трех расчетных схемах (рис.1.2) в соответствии с (1.13) эта нагрузка неизменна, так как для двухмассовой системы Mc1 + Мс2=Mс, а для трехмассовой Mс1 + Мс2 + Mс3=Mс. Иными словами, при учете упругости суммарная нагрузка неизменна, но уточняется, к каким массам системы приложены отдельные составляющие нагрузки.

Все силы и моменты нагрузки, приложенные к механической части электропривода, делятся на силы и моменты механических потерь и силы и моменты, представляющие полезные нагрузки исполнительного механизма. Для схемы рис 1.1,б в общем виде можно записать

где: – суммарный приведенный момент потерь, с учетом момента механических потерь в двигателе;

р, q — число моментов и сил в системе, представляющих механические потери,

Мпол.S— суммарный приведенный момент полезной нагрузки.

Полезная нагрузка является одним из главных факторов, связывающих электропривод с технологическим процессом приводимого в движение механизма Силы и моменты полезной нагрузки в различных механизмах имеют различный характер Для возможности обобщенного учета их влияния необходимо их классифицировать, выделив ограниченное число типовых нагрузок.

Так как для электропривода имеет важное значение, как зависит момент статической нагрузки от скорости, в дальнейшем используется понятие механической характеристики исполнительного механизма, представляющей собой зависимости Mс=f(w) и w=f(Mс).

По характеру взаимодействия с электроприводом все силы и моменты делятся на активные и реактивные

Активными силами и моментами называются силы и моменты, создаваемые внешними по отношению к двигателю источниками механической энергии независимо от движения электропривода, например потенциальной энергией перемещаемых по вертикали грузов, энергией ветра и т.п. На рис.1.3,a упрощенно показан подъемный механизм, нагрузкой которого является приведенный момент силы тяжести груза G:

где g — ускорение силы тяжести; т — масса груза.

Сила тяжести как при подъеме, так и при спуске груза направлена в одну сторону — в сторону спуска и неизменна по значению. Соответственно механическая характеристика исполнительного механизма w=f(Mс) в этом случае имеет вид прямой Мс=const (рис.1.3,а). Момент Mс в соответствии с (1.15) зависит от массы поднимаемого или опускаемого груза и может изменяться в пределах от Mс=0 (G=0) до Mсс ном, соответствующего номинальной грузоподъемности (G=Gном).

Более широкие пределы изменения активной нагрузки характерны для уравновешенных подъемных механизмов. На рис.1.3,б показаны упрощенная схема такого механизма и соответствующие зависимости w=f(Mс) В данном случае:

Очевидно, что в таком механизме при G2=const знак нагрузки электропривода при данном направлении скорости будет зависеть от массы m1 поднимаемого груза G1. При m1=m]HOM МССном>0, так как G1>G2. При том же направлении скорости w>0 в случае m1=0 знак нагрузки в соответствии с (1.14) изменяется. Физически это означает, что по мере уменьшения массы груза m1 тормозной момент нагрузки электропривода уменьшается, при G1=G2 становится равным нулю и при дальнейшем уменьшении m1(G1>G2) двигатель должен перейти в тормозной режим, подтормаживая опускающийся груз G2, (рис.1.3,б). При изменении знака скорости w 2; например такую характеристику имеют центробежные насосы, работающие на противодавление.

Существенное влияние на динамические процессы оказывают нагрузки, являющиеся периодической функцией угла поворота рабочего органа механизма. В приведенной схеме они зависят от утла поворота двигателя, например

Причиной возникновения таких нагрузок являются особенности технологического процесса. Их появление можно представить себе, если в механической схеме резания, приведенной на рис.1.4,б, предположить, что заготовка имеет в сечении овальную форму. Появление периодических нагрузок могут вызывать нелинейные кинематические связи типа кривошипно-шатунных, кулисных и других механизмов, у которых периодической функцией угла поворота двигателя является радиус приведения r1j.

Во всех случаях, когда скорость двигателя при работе с такими нагрузками изменяется мало и приближенно может быть принята постоянной, для упрощения анализа периодические нагрузки рассматривают как функции времени:

где wсp — средняя за период колебаний нагрузки скорость электропривода; k — коэффициент пропорциональности, связывающий частоту колебаний нагрузки с угловой скоростью двигателя.

Нагрузки реальных электроприводов обычно содержат в качестве составляющих рассмотренные типовые нагрузки. Так, в нагрузке электропривода реальной подъемной лебедки, кроме показанной на рис.1.3,а, активной составляющей, содержится момент потерь в двигателе и передачах, который имеет вид момента сухого трения со слабой вентиляторной составляющей, обусловленной наличием самовентиляции двигателя.

При вычислении приведенного статического момента Мс формулы (1.13) и (1.14) удобны для использования в тех случаях, когда все действующие в механизме силы и моменты определены. Обычно потери на трение в механизме неизвестны, и для их учета используется КПД механизма

Читать еще:  Двигатель 419 это что

где h1, h2, h3 — КПД элементов кинематической цепи.

Если известен полезный момент нагрузки механизма Mмех, то для прямого направления энергии приведенный к валу двигателя момент статической нагрузки может быть определен из равенства

Следовательно,

где DM — момент механических потерь в двигателе; i=w1/wмех=i1i2i3…- общее передаточное число от двигателя к рабочему органу механизма. При обратном направлении потока энергии, когда нагрузка является активной, движущей и двигатель должен работать в тормозном режиме, уравнение баланса мощностей с помощью КПД передач можно записать так:

В этом случае

Момент механических потерь в двигателе невелик, составляет 1-5% номинального момента двигателя, причем большие значения его соответствуют двигателям небольшой мощности. Если значение DM определить трудно, его можно ориентировочно оценить по этим данным. Во многих практических случаях в (1.24) и (1.26) полагают DM=0, так как точность определения момента Mмех невелика, и он рассчитывается с некоторым запасом, при этом формулы приведения момента статической нагрузки к валу двигателя принимают вид:

для прямого направления передачи энергии (двигательный режим работы двигателя)

для обратного (тормозной режим работы двигателя)

Если рабочий орган движется поступательно, уравнение баланса мощностей при прямом направлении потока энергии, принимая DМ=0, можно записать так:

Откуда

Соответственно для обратного направления потока механической энергии

Необходимо иметь в виду, что КПД передач зависит от нагрузки, а для червячного зацепления — и от направления передачи энергии, поэтому при расчетах для правильного определения Мс следует использовать соответствующие зависимости hмех от полезной нагрузки передач.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.005 с) .

Типовые статические нагрузки электропривода. Статическая устойчивость. Электромеханические и механические характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Лекция 2

Цель: изучить силы и моменты, действующие в электроприводе, статические характеристики ДПТ НВ

Механическая характеристика исполнительного механизма – зависимость Мс=f(ω).

Активнымисилами и моментами называются силы и моменты, создаваемые внешними по отношению к двигателю источниками механической энергии независимо от движения электропривода. Пример – момент, создаваемый весом опускаемого или поднимаемого груза (рисунок 1). Момент сопротивления при этом равен

,

и направлен вниз, независимо от направления вращения вала двигателя. Величина МС не зависит от скорости Рисунок 2.1 перемещения груза.

Реактивными силами и моментами называются силы и моменты сопротивления движению, возникающие как реакция на активный движущий момент, развиваемый двигателем. Реактивные силы и моменты зависят от скорости и подразделяются на силы и моменты сухого трения, вязкого трения и силы и моменты вентиляторного типа.

Силы и моменты сухого трения (рисунок 2.2) неизменны по модулю, но скачком меняют свой знак при изменении знака скорости: . Они характерны для станочных приводов подачи, вентилей, дросселей и т.д. На рисунке 2.3 изображен нагрузочный момент вязкого трения,характеризующийся линейной (или близкой к ней) зависимостью величины от скорости —

Зависимость нагрузочного момента от угловой скорости вентилятора, центробежного насоса, центрифуги имеет вид, показанный на рисунке 2.4, называется вентиляторными описывается формулой , где n = 1,5…2.5.

Механическая характеристика электродвигателя – зависимость М=f(ω). Из курса «Электрические машины» знаем, что механичекие характеристики ЭД (рисунок 5) могут быть абсолютно жесткими (1- синхронный ЭД), жесткими (3 – двигатель постоянного тока независимого возбуждения и 2 – асинхронный двигатель на рабочем участке) и мягкими (4 — двигатель постоянного тока последовательного возбуждения ). Абсолютной жесткостью характеристики называется отношение приращения момента к приращению скорости

.

Движение привода в установившемся режиме может быть устойчивым или неустойчивым.В первом случае при случайно возникшем отклонении ω от ωУСТ привод возвратится в точку установившегося режима. При неустойчивом движении любое, даже самое малое отклонение ω от ωУСТ, приводит к изменению состояния: привод не вернется в точку установившегося режима. В качестве примера рассмотрим работу асинхронного электропривода на механизм с моментом сопротивления МС. Пусть при работе в точке «а» по какой – либо причине ω МС возникает положительный динамический момент МДИН = М – МС > 0, которому соответствует положительное ускорение dω/dt > 0, и система возвращается в точку установившегося режима – движение устойчиво.

Если при работе в точке «а» ω ωУСТ, М > МС, МДИН = М – МС > 0, ускорение dω/dt > 0, скорость становится еще выше. Если при работе в точке «b» ω

Используя введенные значения жесткости характеристик

; (2.6)

можно записать следующие выражения для электромеханических и механических характеристик:

; ; (2.7)

Режимы работы привода, приведенные на рисунке 2, поясняются ниже.

В двигательном режиме работы (рисунок 3) ЭД потребляет энергию из электрической сети и передает на вал механическую энергию. В режиме противовключения (рисунок 4) ЭД потребляет энергию, накопленную механизмом, и рассеивает в элементах двигателя и добавочных сопротивлениях. В режиме рекуперативного (генераторного) торможения (рисунок 5) ЭД потребляет энергию, накопленную механизмом, и передает ее в электрическую сеть.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector